แมงกานีส DIN 1.3401
องค์ประกอบทางเคมี
แมงกานีส (Mn)องค์ประกอบทางเคมี หนึ่งใน โลหะสีขาวเงิน แข็ง และเปราะของกลุ่ม 7 (VIIb) ของตารางธาตุ คาร์ล วิลเฮล์ม ชีเลอนักเคมีชาวสวีเดน ได้รับการยอมรับว่า เป็นธาตุในปี พ.ศ. 2317 ขณะทำงานกับแร่ ไพโรลูไซต์และถูกแยกเดี่ยวในปีเดียวกันโดยผู้ร่วมงานของเขาโยฮัน ก็อตต์ลีบ กาห์น แม้ว่า จะไม่ค่อยมีการใช้ในรูปแบบบริสุทธิ์ แต่แมงกานีสก็มีความสำคัญต่อการผลิตเหล็ก
DIN 1.3401 | PANTANAX 3401 | 120Mn12 | RH 15 | CREUSABRO M | AISI A128 Grade A / B เป็นกลุ่ม “Shock Resistant” Austenitic Manganese Alloyed Special Steel มีส่วนผสมของธาตุแมงกานีสในปริมาณสูง ผ่านกระบวนการอบอ่อน (Annealed) มาแล้ว มีความเหนียวแกร่ง (Extremely Tough) ที่แกนกลาง (Core Hardness) ทนทานต่อการเสียดสีได้ดี (Wear Resistance) มีระดับความแข็งที่ประมาณ 200-260 HB รองรับแรงกระแทก ถูกออกแบบให้มีคุณสมบัติโดดเด่นด้าน Producing Work-Hardening ในสภาพ Annealed Condition สามารถเรียกความแข็งพื้นผิว (Surface Hardness) ถึง 480-550 HB (43 HRC หรือมากกว่า) เหมาะใช้ทำ งานที่ต้องรองรับแรงกดดันสูง (High Pressures) สามารถเพิ่มความแข็งด้วยกระบวนการ Work Hardening เช่น ตะขอ (Claws) ข้อต่อ (Bolts) เครื่องจักรขุดลอกคลอง (Dredgers) ฟันเครื่องบด (Crushing Jaws) เครื่องมือทุบขึ้นรูป (Forging Tools) รางขนถ่ายหิน (Rock Conveyers) เครื่องจักรอุปกรณ์ในเหมืองแร่ (Mining Equipments) ชิ้นส่วนอุปกรณ์รถไฟ (Railroad Components) เป็นต้น
แร่แมงกานีสส่วนใหญ่ผลิตโดยออสเตรเลียแอฟริกาใต้จีนกาบองและบราซิล พื้นที่ขนาดใหญ่ของพื้นมหาสมุทรถูกปกคลุมด้วยก้อนแมงกานีส หรือที่เรียกว่าก้อนโพลีเมทัลลิก ซึ่งเป็นก้อนแมงกานีสที่ประกอบด้วยเหล็ก ซิลิคอน และอลูมิเนียมอยู่บ้าง ปริมาณแมงกานีสในก้อนเนื้อคาดว่า จะมากกว่าปริมาณสำรองที่ดินมาก
แมงกานีสที่ผลิตได้ส่วนใหญ่ใช้ในรูปของโลหะ ผสมเฟอร์โรแมงกานีสและซิลิโคแมงกานีส สำหรับเหล็กและการผลิตเหล็ก แร่แมงกานีสที่มีเหล็กออกไซด์จะถูกรีดิวซ์ในเตาหลอมเหล็กหรือเตาไฟฟ้าที่มีคาร์บอนเพื่อให้ได้เฟอร์โรแมงกานีส ซึ่งในทางกลับกันจะใช้ในการผลิตเหล็ก การเติมแมงกานีส ซึ่งมีความสัมพันธ์กับซัลเฟอร์มากกว่าเหล็ก จะแปลงเหล็กซัลไฟด์ที่ละลายต่ำในเหล็กเป็นแมงกานีสซัลไฟด์ที่หลอมละลายสูง ผลิตโดยไม่มีแมงกานีส เหล็กจะแตกตัวเมื่อรีดร้อนหรือปลอมแปลง เหล็กโดยทั่วไปมีแมงกานีสน้อยกว่า 1 เปอร์เซ็นต์เหล็กแมงกานีสใช้สำหรับการบริการที่ทนทานมาก ประกอบด้วยแมงกานีส 11-14 เปอร์เซ็นต์ ทำให้มีพื้นผิวแข็ง ทนทานต่อการสึกหรอ และซ่อมแซมตัวเองได้บนแกนกลางที่แข็งแกร่งไม่แตกหัก แมงกานีสบริสุทธิ์ที่ผลิตด้วยไฟฟ้าส่วนใหญ่จะใช้ในการเตรียมโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กของทองแดงอลูมิเนียมแมกนีเซียมและนิกเกิลและในการผลิตสารเคมีที่มีความบริสุทธิ์สูง โลหะผสมเชิงพาณิชย์ทั้งหมดของอลูมิเนียมและแมกนีเซียมมีแมงกานีสเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติทางกล กระป๋องอลูมิเนียมมีแมงกานีสประมาณ 1.5 เปอร์เซ็นต์ (สำหรับข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับการสกัด การกลั่น และการใช้แมงกานีส โปรดดูที่ การแปรรูปแมงกานีส)
แมงกานีสธรรมชาติทั้งหมดเป็นไอโซโทปแมงกานีส-55 ที่เสถียร มันมีอยู่ใน การปรับเปลี่ยน allotropic สี่ครั้ง ; โครงสร้างลูกบาศก์ที่ซับซ้อนของเฟสอัลฟา ที่เรียกว่า เป็นรูปแบบที่เสถียรที่อุณหภูมิปกติ แมงกานีสค่อนข้างคล้ายกับเหล็กในกิจกรรมทางเคมีทั่วไป โลหะออกซิไดซ์เพียงผิวเผินในอากาศและเป็นสนิมในอากาศชื้น มันเผาไหม้ในอากาศหรือออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงเช่นเดียวกับเหล็ก สลายน้ำอย่างช้าๆ เมื่อเย็น และอย่างรวดเร็วเมื่อได้รับความร้อน และละลายได้ง่ายใน กรดแร่เจือจางที่มี วิวัฒนาการของ ไฮโดรเจนและการเกิดเกลือ ที่สอดคล้องกัน ในสถานะออกซิเดชัน +2
แมงกานีสค่อนข้างมีอิเล็กโทรโพซิทีฟ ซึ่งละลายได้ง่ายมากในกรดที่ไม่ออกซิไดซ์เจือจาง แม้ว่า จะค่อนข้างไม่ทำปฏิกิริยากับอโลหะที่อุณหภูมิห้อง แต่ก็ทำปฏิกิริยากับหลายตัวที่อุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้นแมงกานีสจึงเผาไหม้ในคลอรีนเพื่อให้แมงกานีส (II) คลอไรด์ (MnCl 2) ทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนเพื่อให้แมงกานีส (II) ฟลูออไรด์ (MnF 2) และแมงกานีส (III) ฟลูออไรด์ (MnF 3) เผาไหม้ในไนโตรเจนที่ประมาณ 1,200 ° C (2,200 °F) เพื่อให้แมงกานีส (II) ไนไตรด์ (Mn 3 N 2) และเผาไหม้ในออกซิเจนเพื่อให้แมงกานีส (II, III) ออกไซด์ (Mn 3 O 4) แมงกานีสยังรวมตัวโดยตรงกับโบรอนคาร์บอนซัลเฟอร์ซิลิคอนหรือฟอสฟอรัส แต่ไม่มี
สารประกอบ
ในบรรดาสารประกอบ ต่างๆ ที่เกิดขึ้นจากแมงกานีส มีความเสถียรมากที่สุดเกิดขึ้นในสถานะออกซิเดชัน +2, +6 และ +7 สิ่งเหล่านี้แสดงตัวอย่างตามลำดับโดยเกลือของแมงกานีส (โดยมีแมงกานีสเป็นไอออน Mn 2+) , แมงกาเนต (MnO 4 2−) และเปอร์แมงกาเนต (MnO 4 −) เช่นเดียวกับในกรณีของไทเทเนียมวานาเดียมและโครเมียม สถานะออกซิเดชันสูงสุด (+7) ของแมงกานีส จะสอดคล้องกับจำนวนอิเล็กตรอน ทั้งหมด 3 dและ 4 วินาที สถานะดังกล่าวเกิดขึ้นเฉพาะในเปอร์แมงกาเนตสายพันธุ์ oxo (MnO 4 −) , แมงกานีสเฮปทอกไซด์ (Mn 2 O 7) และแมงกานีสไตรออกไซด์ฟลูออไรด์ (MnO 3 F) ซึ่งแสดงความคล้ายคลึงบางอย่างกับสารประกอบ ที่เกี่ยวข้อง ของฮาโลเจน - ตัวอย่างเช่นใน ความไม่เสถียรของออกไซด์ แมงกานีสในสถานะออกซิเดชัน +7 จะออกซิไดซ์อย่างแรง ซึ่งมักจะถูกรีดิวซ์เป็นแมงกานีสในสถานะ +2 ทราบสถานะออกซิเดชันระดับกลาง แต่ยกเว้นสารประกอบบางชนิดในสถานะ +3 และ +4 พวกมันไม่สำคัญเป็นพิเศษ
สารประกอบทางอุตสาหกรรมหลักของแมงกานีสประกอบด้วยออกไซด์หลายชนิด แมงกานีส (II) ออกไซด์หรือแมงกานีสมอนอกไซด์ (MnO) ใช้เป็นวัสดุเริ่มต้นในการผลิตเกลือแมงกานีส เป็นสารเติม แต่งในปุ๋ยและเป็นรีเอเจนต์ในการพิมพ์สิ่งทอ มันเกิดขึ้นในธรรมชาติเป็นแมงกาโนไซต์แร่สีเขียว นอกจากนี้ยังสามารถเตรียมได้ในเชิงพาณิชย์โดยการให้ความร้อนแมงกานีสคาร์บอเนตโดยไม่มีอากาศหรือโดยการส่งไฮโดรเจนหรือคาร์บอนมอนอกไซด์ไปแมงกานีสไดออกไซด์
แบตเตอรี่อัลคาไลน์-แมงกานีสไดออกไซด์: มุมมองแบบตัดออก
แบตเตอรี่อัลคาไลน์-แมงกานีสไดออกไซด์: มุมมองแบบตัดออก
ภาพตัดขวางของเซลล์พลังงานอัลคาไลน์-แมงกานีสไดออกไซด์
สารประกอบแมงกานีสที่สำคัญที่สุดคือแมงกานีสไดออกไซด์ ซึ่งแมงกานีสอยู่ในสถานะออกซิเดชัน +4 และแร่ไพโรลูไซต์ สีดำ เป็นแหล่งสำคัญของแมงกานีสและสารประกอบทั้งหมดของแมงกานีส นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสารเคมีออกซิแดนท์ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ แมงกานีสได ออกไซด์ถูกใช้เป็น วัสดุ แคโทด ใน แบตเตอรี่เซลล์แห้ง ผลิตจากแร่โดยตรง แม้ว่า จะมีการเตรียมการสังเคราะห์ในปริมาณมากก็ตาม ออกไซด์สังเคราะห์เตรียมโดยการสลายตัวของแมงกานัสไนเตรต โดยปฏิกิริยาของแมงกานัสซัลเฟต ออกซิเจน และโซเดียม ไฮด รอกไซด์ หรือโดยกระแสไฟฟ้าของสารละลายน้ำของแมงกานีสซัลเฟต
เกลือแมงกานีสหลายชนิดก็มีความสำคัญทางการค้าเช่นกันแมงกานีสซัลเฟต (MnSO 4) ถูกเติมลงในดินเพื่อส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช โดยเฉพาะพืชตระกูลส้ม นอกจากนี้ยังเป็นสารรีดิวซ์ที่ดี ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในการผลิต เครื่องอบแห้ง สีและวานิช สารประกอบสีม่วงเข้มโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO 4) มีประโยชน์หลายอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้เป็นยาฆ่าเชื้อ เครื่องกรองน้ำ และยาฆ่าเชื้อ
เหล็กแมงกานีส – 6 สิ่งที่คุณต้องรู้
- เหล็กแมงกานีสคืออะไร?
เหล็กแมงกานีสหรือที่เรียกว่าเหล็กแฮดฟิลด์หรือแมงกัลลอย เป็นโลหะผสมเหล็กที่มีแมงกานีส 12-14% มีชื่อเสียงในด้านความต้านทานแรงกระแทกสูงและทนต่อการเสียดสีในสภาวะชุบแข็ง เหล็กมักถูกเรียกว่าเป็นเหล็กชุบแข็งที่ใช้งานได้ดีที่สุด
2.เหล็กแมงกานีสใช้ทำอะไร?
เนื่องจากคุณสมบัติการชุบแข็งในตัวเอง เหล็กแมงกานีสจึงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่เป็นเวลาหลายปี เช่น เครื่องผสมปูนซีเมนต์ เครื่องบดหิน ดอกยางตีนตะขาบสำหรับรถแทรกเตอร์ ลิฟต์ และถังตัก เช่นเดียวกับในอุตสาหกรรมราง (สวิตช์และทางแยก) และอื่นๆ สภาพแวดล้อมที่มีผลกระทบสูง
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เหล็กแมงกานีสถูกนำมาใช้ในแถบหน้าต่างในเรือนจำ เนื่องจากทำให้เคี้ยวใบเลื่อยตัดโลหะของผู้ที่อาจหลบหนีได้ งานเบา ปัจจุบันเหล็กชนิดนี้มักใช้ในตู้นิรภัย ตู้กันกระสุน และแผ่นกันเจาะ
3.เหล็กแมงกานีสเกิดสนิมหรือไม่?
แม้ว่า เหล็กและเหล็กโลหะผสมต่ำจะเกิดสนิมในบรรยากาศชื้น การเพิ่มขึ้นของแมงกานีสในเหล็กจะส่งผลเชิงบวกต่อความต้านทานการกัดกร่อน ส่วนหนึ่งเกิดจากการดูดซับไอออนของแมงกานีส
4.เหล็กแมงกานีสเป็นแม่เหล็กหรือไม่?
แม้ว่า เหล็กแมงกานีสจะรับประกันคุณสมบัติการสึกหรอและการแข็งตัวของงาน แต่ก็ไม่เป็นแม่เหล็ก ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในส่วนประกอบหม้อแปลงไฟฟ้าและสำหรับแม่เหล็กยกทางอุตสาหกรรม
5.วิธีการตัดเหล็กแมงกานีส
การใช้งานหลายอย่างของ Mangalloy มักถูกจำกัดด้วยความยากลำบากในการตัดเฉือน บางครั้งอธิบายว่า มี "ความสามารถในการแปรรูปเป็นศูนย์" โลหะไม่สามารถทำให้อ่อนตัวได้โดยการหลอมและแข็งตัวอย่างรวดเร็วภายใต้เครื่องมือตัดและเจียร โดยปกติแล้วต้องใช้เครื่องมือพิเศษในการตัดเฉือน
6.วิธีเชื่อมเหล็กแมงกานีส
แผ่นเหล็กแมงกานีสสามารถเชื่อมได้ แต่สิ่งสำคัญคือต้องลดความร้อนลงและทำให้รอยเชื่อมเย็นลงโดยเร็วที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าว แนะนำให้ใช้อุณหภูมิอินเตอร์พาสต่ำกว่า 500F เนื่องจากธรรมชาติที่เป็นพิษของควันเชื่อม จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องปกป้องตนเองตามนั้น
เหล็กแมงกานีส
การหล่อเหล็กแมงกานีส ซึ่งชุบแข็งล่วงหน้าโดยใช้เทคนิคการระเบิดแสดงการไหลของพลาสติกเล็กน้อยหรือการเปลี่ยนแปลงขนาด ซึ่งบ่งบอกว่ากลไกการชุบแข็งอื่น ๆ เกี่ยวข้องกับการชุบแข็งแบบระเบิด
- บทนำ
เหล็กกล้าแมงกานีสออสเทนนิติกมีเอกลักษณ์เฉพาะตรงที่ผสมผสานความเหนียวและความเหนียวสูงเข้ากับความสามารถในการชุบแข็งในงานสูง มันถูกเรียกว่าเหล็ก Hadfield ตามชื่อนักประดิษฐ์ในปี 1882 เซอร์โรเบิร์ต แฮดฟิลด์แห่งเมืองเชฟฟิลด์ ประเทศอังกฤษ ตั้ง แต่ปี พ.ศ. 2425 เหล็กแมงกานีสเป็นตัวเลือกหลักสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ซึ่งต้องการความต้านทานการสึกหรอ เมื่อเวลาผ่านไป โลหะผสมเหล็กและเหล็กกล้าที่ทนต่อการเสียดสีใหม่ๆ ก็มีให้เลือกมากมาย แต่เหล็กแมงกานีสยังคงเป็นตัวเลือกที่ต้องการความเหนียวสูง ในความเป็นจริง เหล็กแมงกานีสเป็นโลหะผสมชนิดเดียวที่สามารถอยู่รอดได้ในสภาวะการบริการที่รุนแรง ซึ่งพบในอุปกรณ์บดขนาดใหญ่ที่ใช้ในการทำเหมืองโลหะและเหมืองหิน นอกจากนี้ยังมีคุณค่าอันล้ำค่าสำหรับการผลิตกบรางรถไฟ สวิตช์ และทางแยกที่อาจเกิดการกระแทกอย่างรุนแรง การใช้งานที่สำคัญอื่นๆ ได้แก่ บุ้งกี๋ตักไฟฟ้า แผ่นตีนตะขาบ ถังขุด และค้อน ตะแกรง และไลเนอร์สำหรับการรีไซเคิลรถยนต์ การผลิตส่วนใหญ่เป็นแบบหล่อ
เหล็กในสภาพหล่อประกอบด้วยคาร์ไบด์และผลิตภัณฑ์แปรรูปที่เกิดการเปราะ (You-Soo et al ., 2010) คาร์ไบด์เหล่านี้ก่อตัวในรูปแบบหล่อที่มีความเข้มข้นมากกว่า 1.0% C หรือการเติมองค์ประกอบโลหะผสม เช่น Cr, V, Ti เป็นต้น คาร์ไบด์เหล่านี้จะก่อตัวขึ้นในการหล่อชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักมากในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน หากการชุบแข็งไม่ได้ผลในการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วทั่วทั้งส่วน ความหนา; และยังเกิดขึ้นเมื่อการระบายความร้อนช้ามาก โดยไม่คำนึงถึงอัตราการเย็นตัวของแม่พิมพ์ ดังนั้น พฤติกรรมลักษณะเฉพาะของเหล็กแมงกานีส Hadfield จึงได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการมีอยู่และสัณฐานวิทยาของคาร์ไบด์ และเนื่องจากคาร์ไบด์มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติการบริการของเหล็ก Hadfield มักจะเป็นเชิงลบ จึงได้มีการทุ่มเทความพยายามอย่างกว้างขวางเพื่อพัฒนาแผนงานในการขจัดผลกระทบที่เป็นอันตราย ดังนั้นจึงมีการระบุว่า มีปัจจัยหลายประการที่มีอิทธิพลต่อสัณฐานวิทยาของคาร์ไบด์ในเหล็ก ซึ่งรวมถึงองค์ประกอบทางเคมีของการหล่อ สภาพการหล่อ อัตราการแข็งตัว องค์ประกอบไมโครอัลลอยด์ และรอบการบำบัดความร้อน
การใช้งานที่หลากหลายสำหรับเหล็ก Hadfield นำเสนอเงื่อนไขการบริการที่แตกต่างกัน ด้วยเหตุนี้ เหล็กจึงมีเกรดดัดแปลงหลายเกรด แต่ละอันมีลักษณะทางโลหะวิทยาที่เป็นเอกลักษณ์ เกรดดัดแปลงเหล่านี้มีองค์ประกอบเปลี่ยนแปลงเมื่อมีองค์ประกอบอื่นๆ เช่น โครเมียม นิกเกิล และวาเนเดียม การปรับเปลี่ยนเกรดเหล่านี้ให้ส่งผลต่อคุณลักษณะบางอย่าง บ่งบอกว่าเกรดเหล่านี้จะตอบสนองต่อการบำบัดที่แตกต่างกัน ซึ่งโดยปกติจะมอบให้กับเหล็กกล้าแมงกานีส Hadfield มาตรฐาน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องให้ภาพรวมทั่วไปของการพัฒนาในด้านโลหะวิทยาและการประยุกต์ใช้เหล็กแมงกานีสของ Hadfield ภาพรวมดังกล่าวประกอบด้วยการอภิปรายเกี่ยวกับองค์ประกอบ การผลิต การอบชุบด้วยความร้อนและโครงสร้างจุลภาค สมบัติทางกล การชุบแข็งในงาน กลไกการชุบแข็งในงาน การดัดแปลงโลหะผสม และความสามารถในการเชื่อมของเหล็ก
5 การแข็งตัวของงาน
เหล็กแมงกานีสมีความสามารถในการแข็งตัวไม่เท่ากัน แม้ว่า โดยทั่วไปจะมีรายงานว่า สามารถรับความแข็งสูงสุดได้ประมาณ 550 BHN แต่ความแข็งสูงสุดโดยทั่วไปของการหล่อที่สึกหรอจะอยู่ในช่วง 400–450 BHN
เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่า เหล็กแมงกานีสมีความต้านทานต่อการเสียดสีต่ำเว้น แต่จะผ่านการชุบแข็งจากการทำงาน นี่ไม่ใช่ลักษณะทั่วไปที่ถูกต้อง การทดสอบการเสียดสีแบบควบคุมและการทดสอบภาคสนามกับการหล่อที่ชุบแข็งแล้วไม่พบว่า ความต้านทานการสึกหรอดีขึ้น (Avery 1974) หากเหล็กแมงกานีสถูกนำมาใช้ในการใช้งานตามที่ได้รับการออกแบบ โดยที่มีการเสียดสีเซาะร่องและความเครียดสูง เหล็กจะแข็งตัวอย่างรวดเร็ว ความสามารถในการชุบแข็งงานสูงทำให้เหล็กแมงกานีสสามารถดูดซับพลังงานจำนวนมหาศาลผ่านกลไกการชุบแข็งด้วยความเครียด ทรายละเอียดที่ไหลผ่านเหล็กแมงกานีสจะทำให้เกิดร่องลึกในการหล่อ
เป็นเรื่องปกติในการชุบแข็งงานรางรถไฟล่วงหน้าด้วยเทคนิคทางกลหรือระเบิด (ASM 1980) จุดประสงค์นี้ไม่ใช่เพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอ แต่เพื่อชดเชยข้อเสียประการหนึ่งของเหล็กแมงกานีส กล่าวคือ ความแข็งแรงของผลผลิตเริ่มต้นต่ำ
ในระหว่างการให้บริการบนราง การไหลของโลหะจะเกิดขึ้นภายใต้สภาวะการกระแทก ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาด สิ่งนี้จำเป็นต้องกำจัดโลหะที่ไหลส่วนเกินออกโดยการเจียร และในบางกรณี การเชื่อมสร้างจุดต่ำขึ้นใหม่ ซึ่งอาจพัฒนาในพื้นที่ที่ถูกทุบอย่างรุนแรง การเสียรูปของพลาสติกที่เกิดขึ้นในการบริการจะเพิ่มความแข็งแรงของผลผลิตไปสู่ระดับที่ต้านทานการไหลมากขึ้น แต่จะคุ้มค่ากว่าในการชุบแข็งการหล่อแบบเทียมก่อนที่จะนำไปใช้งาน ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษา
แบบจำลองที่สมบูรณ์ ซึ่งอิงตามฟังก์ชันการกระจายความคลาดเคลื่อน จะถูกนำมาใช้เมื่อต้องระบุพารามิเตอร์โครงสร้างจุลภาค การตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองนี้ขึ้นอยู่กับทั้งข้อมูลที่อ่อนลงและเส้นโค้งความเค้น-ความเครียด ในการคำนวณทั้งหมด ขนาดเกรนออสเทนไนต์ก่อนการเปลี่ยนรูปจะอยู่ที่ 40 ไมโครเมตร ต้องกำหนดค่าคงที่ของวัสดุหลายอย่างในแบบจำลองการกระจายความคลาดเคลื่อน รวมถึงค่าสัมประสิทธิ์ขนาดเซลล์ความคลาดเคลื่อนK dและqการเคลื่อนที่ของระยะการฟื้นตัวM 0หรือk 2ค่าสัมประสิทธิ์การเคลื่อนที่ของขอบเขตเกรนm 0จำนวนเกรนที่ตกผลึกใหม่ต่อเกรนเก่าNพลังงานกระตุ้นสำหรับการตกผลึกQ mและตัวเอง -การแพร่กระจายQ sสัมประสิทธิ์ที่อธิบายเศษส่วนเคลื่อนที่ของขอบเขต subgrain q 1และq 2โมดูลัสแรงเฉือน μ ความหนาแน่นของความคลาดเคลื่อนวิกฤตสำหรับการเกิดนิวเคลียสของการตกผลึกซ้ำ ρ crพลังงานขอบเขตของเกรน σ gสัมประสิทธิ์ α ในEq (6.44)และเวกเตอร์เบอร์เกอร์b ค่าเริ่มต้นของค่าคงที่เหล่านี้นำมาจากวรรณกรรมและได้รับจากPietrzyk, (1994) ฟรอสต์และแอชบี (1982)ให้ค่าโมดูลัสแรงเฉือนที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ พารามิเตอร์ของวัสดุบางตัวทราบดีว่า มีความแม่นยำ และไม่ถือว่า ไม่ทราบ ค่าคงที่แปดค่า (K d , q, m 0 M 0 , Q m , Q MหรือQ S , q 1และ α) ได้รับการแนะนำในการเพิ่มประสิทธิภาพและกลายเป็นพารามิเตอร์ที่แตกต่างกันในเทคนิคผกผัน ฟังก์ชันวัตถุประสงค์ กำหนดโดยสมการ (6.67)มีความซับซ้อนมากในช่วงที่กว้างกว่าของสิ่งที่ไม่รู้ ด้วยเหตุนี้จึงมีการค้นหาใกล้กับค่าคงที่ ซึ่งตีพิมพ์ในวรรณคดี
ระยะเวลาการกู้คืนสองเวอร์ชัน เวอร์ชันหนึ่งขึ้นอยู่กับ ρ (สมการโดยEstrin และ Mecking, 1984ในตาราง 6.29)และเวอร์ชันที่สอง ขึ้นอยู่กับ ρ 2 (สมการโดยSandstrom และ Lagneborg, 1975aในตาราง 6.29)ได้รับการพิจารณา พบว่า มีแนวทางเป็นพื้นฐานในสมการของแซนด์สตรอมและลัคเนบอร์ก (1975a)โดยที่Q M = 400 kJ/โมล และM 0 = 5.7 × 10 7 m 2 (Ns) −1 (Roberts และ Ahlblom, 1978)ประเมินค่าการฟื้นตัวของอุณหภูมิต่ำต่ำเกินไป ดังนั้นจึง ใช้เฉพาะระยะเวลาการกู้คืนที่อธิบายโดยสมการของเอสทรินและเมคกิ้ง (1984) ในการวิเคราะห์เพิ่มเติม
เพื่อความชัดเจน จึงมีการใช้ระบบการตั้งชื่อต่อไปนี้ในข้อความด้านล่าง: SRX คือการตกผลึกซ้ำแบบคงที่ SRV คือการกู้คืนแบบคงที่ DRV คือการกู้คืนแบบไดนามิก และ RX คือการตกผลึกซ้ำแบบไดนามิก เทคนิคผกผันที่ใช้หาค่าคงที่ของวัสดุโดยใช้เส้นโค้งความเค้น-ความเครียดและเส้นโค้งอ่อนตัว ทำให้ได้ค่าที่แสดงในตารางที่ 6.31 ค่าต่ำสุดในฟังก์ชันข้อผิดพลาดไม่ได้กำหนดไว้อย่างชัดเจน และขั้นตอนการค้นหาก็ช้า เพื่ออธิบายสาเหตุของปัญหาเหล่านี้ ได้มีการพยายามปรับให้เหมาะสมโดยใช้เส้นโค้งความเค้น-ความเครียดและเส้นโค้งอ่อนตัวแยกกัน อย่างหลังให้พลังงานกระตุ้นที่ชัดเจนQเท่ากับ 24 กิโลจูล/โมลสำหรับ SRX และ 14 กิโลจูล/โมลสำหรับเส้นโค้งความเค้น-ความเครียด แม้ว่า ข้อผิดพลาดจะต่ำกว่า 5% แต่การตกผลึกซ้ำก็ถูกประเมินต่ำไปในระหว่างการเปลี่ยนรูป (ดูรูปที่ 2 ในPietrzyk et al., 1995b) การฟื้นตัวกลายเป็นปัจจัยหลักที่แข่งขันกับการชุบแข็ง ดังนั้นแนวทางนี้จึงล้มเหลวในการสร้างแบบจำลอง SRX ในเชิงคุณภาพในระหว่างการเปลี่ยนรูป
ความเหนียวแตกหักของโซนที่ได้รับความร้อน
ในบางกรณี พื้นที่ทั้งหมดของโซนที่ได้รับความร้อน (เกรนหยาบ เกรนที่ผ่านการกลั่น อินเทอร์วิกฤต และซับวิกฤต) จะเกิดการเปราะในระดับหนึ่งเมื่อเทียบกับวัสดุต้นกำเนิด อย่างไรก็ตาม หากความเหนียวแตกหักของวัสดุต้นกำเนิดค่อนข้างต่ำ บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนอาจมีคุณสมบัติที่ดีกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณที่มีการขัดสีเมล็ดพืช ปัจจัยที่ส่งผลต่อความเหนียวของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ได้แก่ ธรรมชาติของวงจรความร้อนของการเชื่อม อุณหภูมิของเกรนหยาบ ลักษณะการเปลี่ยนแปลง ปริมาณโลหะผสม และปริมาณอโลหะ ตามที่คาดไว้ กระบวนการที่มีอัตราการป้อนความร้อนต่ำ ซึ่งให้อัตราการทำความเย็นที่ค่อนข้างสูงจะสร้างโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนที่มีความละเอียดมากขึ้น และเกิดการเปราะน้อยลงในเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ในเหล็กกล้าที่สามารถชุบแข็งได้มากขึ้น (รวมถึงเหล็กกล้าคาร์บอน-แมงกานีส) ผลกระทบนี้อาจชดเชยได้ด้วยการก่อตัวของโครงสร้างจุลภาคแบบไบนิติกหรือมาร์เทนซิติก ยิ่งมีปริมาณคาร์บอนสูง โครงสร้างที่เปลี่ยนรูปก็จะเปราะมากขึ้นเท่านั้น มาร์เทนไซต์แฝดที่มีคาร์บอนสูงเป็นโครงสร้างที่เปราะมากที่สุดในบรรดาโครงสร้างที่พบในความร้อนจากการเชื่อมบริเวณที่ได้รับผลกระทบของเหล็ก และมีความอ่อนไหวเป็นพิเศษต่อการแตกร้าวเย็นที่เกิดจากไฮโดรเจน สำหรับปริมาณมาร์เทนไซต์ใดๆ ก็ตาม ความเหนียวจะดีขึ้นโดยการลดความกว้างของโคโลนีของมาร์เทนไซต์ อย่างไรก็ตามมาร์เทนไซต์ที่ผ่านการอบชุบอัตโนมัติ (มาร์เทนไซต์ที่มีคาร์บอนต่ำ ซึ่งก่อตัวที่อุณหภูมิสูงพอที่จะแบ่งเบาบรรเทาในระหว่างการทำความเย็นเพิ่มเติม) เป็นผลิตภัณฑ์ที่ค่อนข้างเหนียวและมีคุณสมบัติโดยทั่วไปที่ดีกว่าเบนไนต์ ดังนั้น ในเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำโลหะผสมต่ำ อัตราการทำความเย็นที่สูงอาจเนื่องมาจากการก่อตัวของมาร์เทนไซต์มากกว่าเบนไนต์ ทำให้เกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนแบบรอยบากเหนียวมากกว่าอัตราการทำความเย็นต่ำ
การเติมอะลูมิเนียมหรือไนโอเบียมเพื่อผลิตเกรนของเหล็กกล้าคาร์บอน-แมงกานีสที่ละเอียดอาจหรืออาจจะไม่เป็นประโยชน์ต่อความเหนียวของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ในกรณีส่วนใหญ่ จะมีปริมาณที่เหมาะสมของธาตุไมโครอัลลอยด์ เช่น Al, Nb หรือ V ตัวอย่างเช่น สำหรับการเติมอะลูมิเนียมลงในเหล็กกล้าคาร์บอน-แมงกานีส ปริมาณที่เหมาะสมจะอยู่ที่ประมาณ 0.01% การเติมที่สูงขึ้นจะทำให้ได้เหล็กที่มีเม็ดละเอียดเท่ากัน แต่ความเหนียวของการแตกหักจะลดลงจนกระทั่งอยู่ที่ประมาณ 0.06% Al ซึ่งอาจจะดีกว่าเหล็กไร้สาร Al เล็กน้อย (รูปที่ 8.30) ดังที่ได้กล่าวไว้ แม้ว่า จะมีการเพิ่ม Al อย่างเหมาะสมก็ตาม บริเวณที่เป็นเม็ดหยาบก็อาจประสบปัญหาการเติบโตของเกรนพอๆ กับเหล็กไร้สาร Al อย่างไรก็ตาม ขนาดเกรนโดยเฉลี่ยมีแนวโน้มที่จะลดลง และความเหนียวในการแตกหักโดยรวมก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย ไนโอเบียมมีฤทธิ์ยับยั้งการก่อตัวของโปรยูเทคตอยด์เฟอร์ไรต์และส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงของเบนไนต์ ซึ่งเป็นผลมาจากบริเวณที่เป็นเม็ดหยาบของโซนที่ได้รับความร้อน ซึ่งมีความเหนียวต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน-แมงกานีสธรรมดาที่เชื่อมด้วยความร้อนเท่ากัน อัตราการป้อนข้อมูล การก่อตัวของไนโอเบียมยูเทคติกส์ใกล้กับขอบเขตการเชื่อมอาจทำให้ภูมิภาคนี้เปราะบางยิ่งขึ้น
การผสมแมงกานีส
เนื่องจากแมงกานีสเป็นองค์ประกอบในการรักษาเสถียรภาพออสเทนไนต์ที่มีประสิทธิภาพ นอกเหนือจากการเสริมสารละลายที่เป็นของแข็ง ระดับแมงกานีสที่เพิ่มขึ้นจึงได้รับการตรวจสอบด้วยความสำเร็จอย่างมาก[30–32,36,42,52 ]
ยังเป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่า แนวคิดเกี่ยวกับเหล็กกล้าสำหรับยานยนต์อื่นๆ ที่อยู่ระหว่างการพิจารณาในปัจจุบันนั้นใช้ระดับแมงกานีสจำนวนมาก (เช่น 7 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก) และมักเรียกกันว่า “ เหล็กกล้าแมงกานีส ปานกลาง ” ขณะที่แนวคิดเหล่านี้กำลังได้รับการสำรวจ มีการเน้นไปที่การลดระดับการผสม และโลหะผสมที่มีแมงกานีสประมาณ 5เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักอยู่ระหว่างการพิจารณา[53,54] ระดับนี้ยังถูกนำไปใช้ในการศึกษา Q&P [32,55 ] รูปที่ 10.7แสดงกราฟความเค้น-ความเครียดทางวิศวกรรมที่ได้รับสำหรับโลหะผสมที่มีแมงกานีส 3 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก และระดับคาร์บอน 0.2 หรือ 0.3 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก โดยแบ่งพาร์ติชันโดยใช้เงื่อนไขที่ระบุ ระดับความต้านทานแรงดึงที่เข้าใกล้ 1,500 MPa โดยมีระดับการยืดตัวอย่างมากจะสังเกตได้ที่ระดับคาร์บอนจำนวนมากที่สูงขึ้น ส่งผลให้มีความแข็งแรงมากขึ้นและการยืดตัวที่ดีขึ้นในบางกรณี
